1 Предисловие
В конце 1970-х и начале 1980-х годов на международной арене незаметно появилась-новая технология лазерного нанесения-технология лазерной маркировки-. Лазерная маркировочная машина представляет собой важное применение принципов лазерной обработки; в частности, он использует обработанный лазерный луч для облучения поверхности материала. Световая энергия мгновенно преобразуется в тепловую энергию, в результате чего материал поверхности мгновенно плавится или даже испаряется, тем самым создавая маркировку, состоящую из текста, узоров и других элементов.
2 области применения и преимущества лазерной маркировки
В промышленном секторе произошел постепенный переход от электрической обработки к эпохе оптической обработки. Машины для лазерной маркировки очень универсальны, предлагают отличные результаты и стабильность и, следовательно, нашли широкое применение во многих областях. Они способны гравировать различные металлические материалы-а также некоторые не-металлические материалы-или создавать стойкие, защищенные от-маркировки, которые чрезвычайно трудно воспроизвести. Благодаря компьютерным системам ввода и вывода и использованию механизма сканирования гальванометра эти машины достигают высокой скорости обработки. Их полностью закрытая световая-система направления демонстрирует высокую адаптируемость к различным условиям окружающей среды, а их модульная внутренняя структура упрощает техническое обслуживание и ремонт; они особенно хорошо-подходят для интеграции в производственные рабочие процессы, работающие в режиме онлайн. Машины для лазерной маркировки в настоящее время широко используются для нанесения товарных знаков, номеров партий, дат, штрих-кодов и других идентификаторов на широкий спектр продуктов, включая различное оборудование, металлические сосуды, прецизионные инструменты, автомобильные компоненты, электронные детали, режущие инструменты, подарки, часы, сантехнику, оправы для очков, пряжки для багажа, молнии, пуговицы, пряжки для обуви и компьютерные клавиатуры. На рисунках 1 и 2 соответственно показаны узоры, созданные с помощью лазерной маркировки на магнитном диске и ластике. Пройдя обработку лазерной маркировки, можно повысить качество продукции и повысить ее конкурентоспособность на рынке.
Лазерная маркировка обладает преимуществами, практически не имеющими аналогов у традиционных методов (таких как химическое травление, электроэрозионная обработка, механическая гравировка и печать). Во-первых, он использует технологию числового программного управления (ЧПУ)-или прямое компьютерное управление-, что позволяет чрезвычайно легко изменять содержание маркировки; эта возможность идеально соответствует высоким-эффективности и быстрорастущим-требованиям современного производства. Во-вторых, используя лазер в качестве обрабатывающей среды, он обеспечивает исключительную точность гравировки, демонстрируя при этом широкую совместимость с различными материалами, что позволяет создавать сложные и исключительно прочные маркировки на широком спектре поверхностей. Наконец, поскольку этот процесс не предполагает физического контакта или механического воздействия на заготовку, он гарантирует полное сохранение исходной точности и целостности заготовки. Он может служить заключительным этапом производственного процесса, тем самым устраняя необходимость в операциях после-отделочной маркировки. Его метод обработки очень гибок и способен удовлетворить требования как лабораторного-типа, мелко-серийного производства, так и-крупномасштабного промышленного производства. Более того, он не производит загрязняющих веществ и не вызывает загрязнения окружающей среды-, что имеет особое значение в современном мире, где защита окружающей среды становится все более приоритетной. Самое главное, что маркировку, созданную с помощью технологии лазерной маркировки, чрезвычайно сложно подделать или изменить, что обеспечивает надежные возможности защиты-подделки. С 1990-х годов-благодаря растущей зрелости технологии лазерной маркировки, постоянному совершенствованию оборудования для лазерной маркировки и углублению понимания рынком этой новой техники-и во многом благодаря ее явным преимуществам, технология лазерной маркировки получила все более широкое применение во всем мире. Примечательно, что, когда известная американская корпорация Intel выпустила новое поколение компьютерных чипов ЦП-Pentium, Pentium Pro и Pentium MMX-, она использовала технологию лазерной маркировки для нанесения маркировки на поверхность каждого отдельного чипа.
3 Классификация машин лазерной маркировки
Как осуществляется лазерная маркировка? Вообще говоря, лазерная маркировка осуществляется под управлением компьютера путем создания относительного движения между заготовкой и лазерным лучом; это заставляет лазерный луч удалять нужные символы и узоры на поверхность заготовки. Теоретически, пока между лазером и заготовкой может быть установлено контролируемое относительное движение, можно реализовать лазерную маркировку. Следовательно, в настоящее время в области лазерной маркировки представлено большое разнообразие машин для лазерной маркировки.
В зависимости от того, находится ли лазерный луч в неподвижном состоянии или в движении, машины для лазерной маркировки можно разделить на два типа: системы с фиксированным-лучем и системы с подвижным-лучем. Как следует из названия, первый включает в себя стационарный лазерный луч с движущейся заготовкой, а второй — движущийся лазерный луч с неподвижной заготовкой. В машинах для лазерной маркировки с фиксированным-лучем обычно используется двумерный-рабочий стол с ЧПУ, управляемый ЧПУ, для манипулирования маркируемой заготовкой. Их основным преимуществом является относительно низкая стоимость; однако их недостатки столь же очевидны: низкая скорость маркировки, более низкая точность маркировки, сложность маркировки сложного контента, такого как фотографии, а также сложность интеграции их в онлайн-производственные линии. Лазерные маркировочные машины с движущимся-лучем можно подразделить на различные типы в зависимости от конкретного метода манипулирования лучом; хотя каждая из них обладает своими уникальными преимуществами и недостатками, системы с подвижными-лучами обычно превосходят системы с фиксированными-лучами. Среди систем с движущимся-лучем ярким примером является машина для лазерной маркировки на основе гальванометра-. В настоящее время в международном сообществе лазерной маркировки широко признано, что среди разнообразного спектра доступных машин система на основе гальванометра--благодаря своим многочисленным преимуществам-стала основным продуктом и считается определяющим направлением для будущего развития технологии лазерной маркировки.
В зависимости от типа используемого источника света машины для лазерной маркировки также можно разделить на машины для лазерной маркировки YAG и машины для лазерной маркировки CO2; эти два разных источника света подходят для маркировки различных типов материалов. Из-за различий в длине волны маркираторы с газовым CO2-лазером предназначены только для маркировки не-металлических материалов, тогда как маркираторы с твердотельным-YAG-лазером способны маркировать как не-металлические, так и металлические материалы. Основными расходными материалами для машины для маркировки газовым лазером CO2 являются газовая смесь или сменные лазерные трубки; кроме того, германиевые линзы представляют собой быстроизнашивающиеся-и-компоненты, которые имеют относительно высокую стоимость. Напротив, основным расходным материалом для твердотельного-лазерного маркиратора YAG является лампа накачки (в импульсных лазерах используются ксеноновые лампы, а в лазерах непрерывного-волнового излучения используются криптоновые лампы), которая стоит недорого. В последние годы, благодаря снижению стоимости полупроводниковых лазеров, появился новый тип лазерной технологии: лазерные кристаллы с полупроводниковой-накачкой (такие как YAG), которые генерируют лазерный луч с длиной волны 1064 нм. Эти системы характеризуются-сроком эксплуатации до 10 000 часов без обслуживания, компактными размерами и-в отличие от традиционных систем-не требуют крупномасштабной-инфраструктуры охлаждения. Компания Daheng Laser (Китай) была пионером на внутреннем рынке, успешно разработав первую лазерную маркировочную машину YVO4 с полупроводниковой-накачкой; эта технология достигла передового международного стандарта и с тех пор стала стандартизированным, признанным продуктом.
4 Выбор станков для лазерной маркировки
Системы лазерной маркировки используют энергию лазера для создания маркировки на подложке; однако фактические эффекты могут сильно различаться в зависимости от таких факторов, как тип используемого лазера и собственные свойства материала подложки. Например, CO2-лазеры непрерывного действия-обычно создают метки посредством поверхностной абляции (травления); импульсные газовые лазеры атмосферного-давления с поперечным возбуждением (TEA) обеспечивают маркировку посредством карбонизации; эксимерные лазеры основаны на фотохимических реакциях; в то время как в лазерах Nd:YAG используются методы термохимических реакций.
Каждое конкретное приложение предъявляет уникальный набор требований к производительности; следовательно, выбор лазерной системы не может быть произвольным. Для разработчиков систем лазерной маркировки важнейшей задачей является выбор наиболее подходящей длины волны лазера и оптической конфигурации для любого конкретного материала подложки, чтобы обеспечить создание идеальной,-маркировки высокого качества. Ключ к успешной лазерной маркировке заключается в строгом применении методологии «6-Сигм». Например, в контексте маркировки пластика дизайнеры должны тщательно проанализировать как химический состав материала, так и процесс его формования, чтобы обеспечить равномерное распределение добавок и облегчить комплексную интеграцию технологий контроля качества, таких как системы машинного зрения.
Управляемые лучом-лазерные системы Nd:YAG и CO2 на сегодняшний день остаются наиболее идеальными решениями для лазерной маркировки. Иллюстрацию физической конфигурации машины для лазерной маркировки Nd:YAG можно найти на рисунке 3. Типичная система использует пару сканирующих зеркал для управления лазерным лучом, направляя его через систему объективов для точной фокусировки на целевой поверхности; эти зеркала выполняют свои сканирующие движения в строгом соответствии с командами управляющего компьютера. Другие лазеры,-такие как импульсные атмосферные-газовые лазеры давления-с поперечным возбуждением-, используют маркировку по маске, а точечно-матричные системы маркировки CO2-лазерами-также занимают свое место в индустрии маркировки.
